Mitochondriopathie und�systemische�Entzündung

�

Ein�Teufelskreis�mit�unspezifischer�

Krankheitssymptomatik

19.�September�2012,�15.00�Uhr

Dr.�Volker�von�Baehr

Institut�für�Medizinische�Diagnostik�MVZ�GbR,�Berlin�����������������������

Institut�für�Medizinische�Diagnostik�Berlin,�Nicolaistraße�22,�12247�Berlin��+49�3077001#220,�info@inflammatio.de

# von�einer�Doppelmembran�umschlossene�Organellen�in

Eukaryontenzellen

# 0,5�– 1,5�/m�Durchmesser

# 500�– 2000�pro�Zelle

# andauernde�Fusion�und�Teilung�(hohe�funktionelle�Dynamik)

Was�sind�Mitochondrien�?

www.zum.de

# eigenes�Genom�(nur�mütterlich�vererbt)

# 10�– 15�zirkuläre�dsDNA#Moleküle mit�ca.�16.500�Basenpaaren

# 37�Gene�u.a.�13�von�80�Atmungskettenuntereinheiten�(Rest�nDNA)

# 1500�mitochondriale Proteine�(fast�alle�Zellkern#kodiert)

Besonderheiten�mitochondrialer DNA

# kein�Schutz�der�mtDNA durch�Histone,�dadurch�ca.�10�x�höhere

Mutationsrate�

# Fehlen�von�Introns begünstigt�Gen#lokalisierte Mutationen�(gefährdet

vor�allem�durch�ROS)

Mitochondrien�haben�ein�eigenes�Genom�?

Theorie:�Mitochondrien�als�Endosymbionten

Entwicklung�von�Mitochondrien�aus�Proteobakterien (Rickettsien)

Funktion�der�Mitochondrien

# ATP#produzierende Kraftwerke�in�der�Energiegewinnung

zelluläre�Energiegewinnung:

Zellatmung�=�Oxidation�der�Glukose�

β#Oxidation�=�Oxidation�der�Fettsäuren�aus�den�Fetten

# Citrat#Zyklus

# Aminosäure# und�Fettsäuremetabolismus

# Synthese�von�Eisen#Schwefel#Clustern�(z.B.�Häm#Synthese)

# Calcium#Puffer

# Steroidmetabolismus

# zentrale�Rolle�bei�der�Apoptose

Komplexe�1�4 :�Protonentransport�aus�der�Matrix�in�den�Membran#

zwischenraum

ATP�Synthase: die�Energie�des�dabei�entstehenden�elektrochemischen

Protonengradienten�wird�zur�ATP#Bildung�genutzt.�

Was�passiert�in�der�Atmungskette?

Kette�in�der�inneren�Mitochondrienmembran�von�nacheinander�

stattfindenden�biochemischen�Redoxreaktionen (Elektronentransportkette)

Mitochiondriale Erkrankungen

Definition�Mitochondriopathie

⇒ Erkrankungen�in�Folge�dysfunktionaler Mitochondrien

Im�engeren�Sinne:

Alle�Störungen�von�an�der�Energiegewinnung�beteiligten�Enzymen

1. Atmungskettendefekte

2. Pyruvat#Oxidation

3. Fettstoffwechsel

4. Citratzyklus

Besonders�betroffen�sind�Gewebe�mit�hohem�Energiestoffwechsel:�

Nervengewebe,�

Muskel�(Herzmuskel�36�%�Mitochondrien#Volumenanteil)

Verdauungstrakt

bestimmte�Hirnregionen�

Eizellen

Aktivierte�Immunzellen

Primäre�(angeborene)�Mitochondriopathien

mitochondriale Vererbung�(nur�maternal)

# Enzephalomyopathien wie�z.B.

MELAS#Syndrom

⇒ Hirn#/Muskelstörung,�Lactatacidose (Milchsäureüberladung),�Schlaganfälle

MERRF�(Myoklonus#Epilepsie mit�"ragged red�fibres)

⇒ Epilepsie,�Demenz,�Muskelschwäche

Mendelscher�Erbgang�(nDNA�Mutationen)

# Chorea�Huntington,�

# Friedreich�Ataxie u.a.

# Lebersche�Optikusatrophie [LHON)��# Sehnervschädigung�mit�Netzhautveränderungen

Variable�Klinik�und�späte�Manifestation�durch�Heteroplasmie und�

unterschiedliche�Mitochondrienverteilung�in�verschiedenen�Geweben

Sekundäre�(erworbene)�Mitochondriopathien

1.�Vorwiegend�sporadische�Erkrankungen

# Alzheimer

# Parkinson

# Amyotrophe Lateralsklerose�(ALS)�u.a.

2.�Mitochondriopathie als�„Symptom“ bei�chronisch�entzündlichen�

Multisystemerkrankungen

# Chronic Fatigue Syndrome

# zelluläre�Hypoxie�(Bell,�2007)

# aktive�EBV#Infektion (Vernon�SD�BMC�Infect Dis.�2006)�

# Fibromyalgie u.a.�systemischen�Entzündungserkrankungen

Parkinson�als�Beispiel�für�eine�sporadische�sekundäre

Mitochondriopathie

0,3�%�der�Bevölkerung�betroffen

nur�10�%�genetisch�fixiert�(PARK�Gene),�Rest�sporadisch�,�idiopathisch

Mitochondrial complex I�deficiency in�Parkinson's disease.

Schapira AH�et�al.�J�Neurochem.�1990�Mar;54(3):823#7.

Deficiencies�in�complex�I�subunits�of�the�respiratory�chain�in�Parkinson's�

disease.�

Mizuno�Y�et�al.�Biophys.�Res.�Commun 163;�1450#55

Biochemical�analysis�of�respiratory�chain�enzymes�in�different�brain�regions�

of�patients�with�Parkinson´s disease

Reichmann�H.,�Riederer P.�BMBFT�Symposium�“Morbus Parkinson” Bad�Kissingen 1989.�

Die�Komplex�I�Aktivität�in�der�Substantia nigra von�

Parkinsonpatienten�ist�um�30�– 40�%�erniedrigt.

Genetik

Alter�↑↑↑↑

Umwelt

Exposition�

gegenüber�

Triggerfaktoren

(Toxine)

Individuelle

Empfindlichkeit

spontane�Degeneration�

dopaminerger Neurone

im�Alter

Sekundäre�(erworbene)�Mitochondriopathien

(z.B.�Parkinson)

Sekundäre�(erworbene)�Mitochondriopathien

Ist�die�Mitochondriopathie Ursache�oder�Folge�der�

Multisystemerkrankung�?

Abb.�modifiziert�nach�Pall,�Dr.�(PhD)�Martin�L.:�Explaining 'Unexplained Illnesses':�Disease Paradigm for Chronic

Fatigue Syndrome,�Multiple�Chemical�Sensitivity,�Fibromyalgia,�Posttraumatic Stress�Disorder,�Gulf War�

Syndrome�and�Others,�ISBN�078902389X

EntzündungIL1,�TNF#αIL#6,�IFN#γ

NFkB ↑

Oxidativer Stress

z.B.�MDA#LDL�↑

Nitrosativer Stress

Nitrothyrosin ↑

Peroxynitrit ↑

iNOS ↑Superoxid�↑

Mitochondriopathie

ATP�↓

Triggerfaktoren�(Stressoren) wie�z.B.�bakterielle�und�virale�Antigene,�Pilze,�Allergene,�

Schadstoffe�und�Xenobiotika (Pestizide,�Lösungsmittel),�Stress

TH2�Dominanz

Verlust�von

Treg�Zellen

Gestörte

Immuntoleranz

Der�Circulus�vitiosus�bei�chronisch�entzündlichen�

Multisystemerkrankungen

Entzündung�������nitrosativer Stress�������Mitochondriopathie

W.Huber,�V.v.Baehr

Allergien

Typ�I#Allergie

Typ#IV#Allergie

„Nahrungsmittelintoleranzen“

Autoimmun�

erkrankungen

Organspezifische�und�systemische�

Erkrankungen,

z.B.�Hashimoto#Thyreoditis

Kollagenosen u.a.

Chronische

Infektionsverläufe

Parodontitis

Reaktive�Arthritiden

Chronische�Borreliose�?�CMV?

Chronische

Organentzündungen

Multiple�Sklerose

Chronisch#entzündliche

Darmerkrankungen

Sarkoidose u.a.

Was�sind�chronisch�entzündliche�

Multisystemerkrankungen?

Xenobiotika(z.B.�Metalle,�

Acrylate,�

Biozide usw.)

T�Lymphozyt

Allergene(bei�Sensibilisierung)

TNF�ααααIL�1IL�6

IL�8�u.a.

Makrophage

Viren

intrazellulär

persistierende

BakterienIFN�γγγγIL�17

IL�4

IL�10�u.a.

Mastzelle

Bakterien

Pilze

Xenobiotika(z.B.�Flammschutzmittel,

Biozide usw.)

Histamin

LeukotrieneTGF�ββββSerotonin u.a.

Myelomonozytäre

Entzündung

Lymphozytäre

Entzündung

(TH1�Immunaktivierung)

Entzündung�durch

Mastzellaktivierung

(Typ�I)�allergische

Entzündung

Immunkomplexe

Bakterien

Pilze

Partikel(z.B.�Titanoxid)

LPS

Circulus�vitiosus�zwischen�Entzündung�und�ATP#Verminderung

Immunaktivierung

proinflammatorische Zytokine

TNF#α,�IL1#β,�IL6,�IL8,�IFNγ

reduzierte�

ATP#Bildung

Zelluläre�

Hypoxie

Mastzell�assoziierte Entzündung

Triggersuche�gelenkt�auf:

# Typ�I#Allergie

# Parasiteninfektion

# Histaminintoleranz�oder�ausgeprägte�TH2#Dominanz

TH1�dominante�EntzündungAktivierung�von�TH1�Lymphozyten�⇒⇒⇒⇒ IFN–γγγγ ⇒⇒⇒⇒ IP�10�

Typ�IV�Allergien�auf�Medikamente�sind�häufig�

unentdeckte�Triggerfaktoren

Metalle�(auch�nicht�dentalen�Ursprungs)�können

tag�tägliche�Triggerfaktoren�sein�!

Hier�steht�der�oxidative Stress�im�Fokus�!

Abb.�modifiziert�nach�Pall,�Dr.�(PhD)�Martin�L.:�Explaining 'Unexplained Illnesses':�Disease Paradigm for Chronic

Fatigue Syndrome,�Multiple�Chemical�Sensitivity,�Fibromyalgia,�Posttraumatic Stress�Disorder,�Gulf War�

Syndrome�and�Others,�ISBN�078902389X

����������

IL1,�TNF#αIL#6,�IFN#γ

NFkB ↑

Oxidativer Stress

z.B.�MDA#LDL�↑

Nitrosativer Stress

Nitrothyrosin ↑

Peroxynitrit ↑

iNOS ↑Superoxid�↑

Mitochondriopathie

ATP�↓

Triggerfaktoren�(Stressoren) wie�z.B.�bakterielle�und�virale�Antigene,�Pilze,�Allergene,�

Schadstoffe�und�Xenobiotika (Pestizide,�Lösungsmittel),�Stress

TH2�Dominanz

Verlust�von

Treg�Zellen

Gestörte

Immuntoleranz

Die�klassische�Konstellation�bei�chronischen�

entzündlichen�Multisystemerkrankungen:

Entzündung�+�Mitochondriopathie +�TH2�Dominanz

Entzündung

Mitochondrio�

pathie

TH1/2�

Dysbalance

Wenig�überraschend�!�

Intrazelluläres�ATP�ist�bei�CFS�Patienten�vermindert�....

Verminderung�des�ATP�in�neutrophilen Granulozyten�

korreliert�zur�Schwere�des�CFS(Entzündungsmarker�wurden�leider�nicht�bestimmt!)

Myhill,�Int J�Clin Exp Med.�2009�;�2:�1#16�

Durchführung�der�intrazellulären�ATP�Bestimmung

1.�Gewinnung�von

PBMC�aus�Patientenblut

durch�Dichtegradienten

zentrifugation

PBMC

2.�Aufnahme�der�Zellen�in�

Zellkulturmedium,�anschließende�

Lyse der�Zellen,�wobei�das�

intrazelluläre�ATP�freigesetzt�wird.

3.�Zugabe�des�Substrats�

D#Luciferin und�Luciferasen

Reaktionsprinzip

������ ����

4.�Bei�der�Reaktion�des�freigesetzten�ATP�mit�dem�Substrat�D#Luciferin und�

Sauerstoff�wird�mittels�Luciferasen Licht�produziert.�Das��emittierte�Licht�kann�am�

Lumineszenz#Counter gemessen�werden�und�ist�zur�ATP#Konzentration�direkt�

proportional.�

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

CPDA#Blut 4�h�gelagert

CPDA#Blut 20�h�gelagert

Li#Heparin#Blut 4�h�gelagert

Li#Heparin#Blut 24�h�gelagert

Lithium�Heparinblut ist�besser�geeignet�als�CPDA�Blut

Bei�24h�Lagerung�des�Patientenblutes�resultiert�bei�Heparinblut

ein�durchschnittlicher�Abfall�des�ATP�um�nur�ca.�4�bis�7�%.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

8h 20h

3,032,84

/M�ATP

Das�ATP�ist�ein�valider und�praktikabler�Labormarker�für

die�aktuelle�Mitochondrienfunktion�eines�Patienten.

Inverse Korrelation�zwischen�ATP�und�MDA�LDL

ATP MDA�LDL

/M U/l

P1 3,2 23,6

P2 2,7 12,6

P3 1,6 45,8

P4 4,8 36

P5 1,4 22,5

P6 1,5 17,4

P7 0,7 96,7

P8 3,1 14,3

P9 1,2 84,3

P10 3,3 67,3

P11 1,5 33,6

P12 2 98,3

P13 3,2 33,7

P14 4,1 16

P15 0,6 74,9

P16 2,6 34,5

P17 0,6 122

P18 0,8 98

P19 1,2 76,2

P20 1,6 34,8

P21 7,8 11,7

P22 6,9 22,5

P23 2,5 23,6

P24 0,5 75,9

P25 0,8 90,3

P26 0,9 132,9

P27 0,4 44,8

0

20

40

60

80

100

120

140

0 1 2 3 4 5 6 7 8

ATP�(/M)

MDA#LDL�(U/L)

Achtung:

statistische�Berechnung

Korrelationsquotient�

steht�noch�aus

����������

IL1,�TNF#αIL#6,�IFN#γ

NFkB ↑

Oxidativer Stress

z.B.�MDA�LDL�↑↑↑↑

Nitrosativer Stress

Nitrothyrosin ↑

Peroxynitrit ↑

iNOS ↑Superoxid�↑

Mitochondriopathie

ATP�↓

Triggerfaktoren�(Stressoren) wie�z.B.�bakterielle�und�virale�Antigene,�Pilze,�Allergene,�

Schadstoffe�und�Xenobiotika (Pestizide,�Lösungsmittel),�Stress

TH2�Dominanz

Verlust�von

Treg�Zellen

Gestörte

Immuntoleranz

Mitochondriopathie bedingt�oxidativen�Stress�?

Oxidativer Stress�bedingt�Mitochondriopathie?

Beide�Phänomene�sind�(nur)�Folge�der�systemischen�Entzündung?�

Malondialdehyd (MDA) ist�ein�Endprodukt�des�oxidativen�

Fettsäureabbaus�und�dient�daher�als�labordiagnostischer�

Marker�für�die�Lipidperoxidation.�

MDA�LDL ist�ein�Serummarker,�der�die�schädigenden�Effekte�des�MDA´s

im�Organismus�quantifiziert.�

Stunden

Malondialdehyd in�Nmol/l

Tage

MDA�LDL�in�U/l

Malondialdehyd�modifiziertes LDL�ist�ein�Biomarker�der�

Lipidperoxidation im�Rahmen�des�oxidativen�Stress

Vor�allem�bei�chronisch�latenten�Belastungen�zeigt

das�MDA�LDL�als�Biomarker�die�höhere�Analysenstabilität

����������

IL1,�TNF#αIL#6,�IL#8

IFN#γ

NFkB ↑

Oxidativer Stress

z.B.�MDA#LDL�↑

Nitrosativer Stress

Nitrothyrosin ↑

Peroxynitrit ↑

iNOS ↑Superoxid�↑

Mitochondriopathie

ATP�↓

Triggerfaktoren�(Stressoren) wie�z.B.�bakterielle�und�virale�Antigene,�Pilze,�Allergene,�

Schadstoffe�und�Xenobiotika (Pestizide,�Lösungsmittel),�Stress

TH2�Dominanz

Verlust�von

Treg�Zellen

Gestörte

Immuntoleranz

Therapeutische�Optionen�bei�sekund.�Mitochondriopathie

� Elimination�individueller�Triggerfaktoren�(v.a.�Typ�IV#Sensibilisierungen)

# Entzündungshemmung�(auch�mit�biologischen�Präparaten)

# Behandlung�von�nitrosativem und�oxidativem Stress�(Kuklinski)

# NADH�(Birkmeyer)

# Curcuma,�Coenzym Q10�(Huber)

# Andere�?�

Inverser Verlauf�von�ATP�und�TNF�αααα nach�operativerSanierung�eines�apikalen Granuloms

Erstuntersuchung

bei�akuter�Klinik

10�Tage�nach�OP

4�Wochen�nach�OP

Zusanmmenfassung

# Mitochondrienfunktionsstörungen�können�(selten)�angeboren�oder�

(häufig)�erworben�sein.

# ATP�in�Leukozyten�ist�der�am�validesten messbare�Mitochondrien#

Funktionsmarker

# Die�sekundäre�Mitochondriopathie steht�in�unmittelbarer�Beziehung

zur�systemischen�Entzündung,�des�nitrosativen und�oxidativen�Stress�

sowie�der�TH2#Dominanz�im�zellulären�Immunsystem.

# Die�Elimination�von�Triggerfaktoren�ist�die�wichtigste�therapeutische

Massnahme bei�sekundärer�Mitochondriopathie

# Entzündungshemmung�und�Vermeidung�von�nitrosativem Stress�sind

additiv einzusetzen.

Institut�für�Medizinische�Diagnostik�Berlin,�Nicolaistraße�22,�12247�Berlin��+49�3077001#220,�info@inflammatio.de